JP2007113991A - ひび割れ検知装置およびその設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバを検査対象物の表面に設置することなく、検査対象物に埋設させた状態で、検査対象物のひび割れを精度良く検知することを目的とする。
【解決手段】光ファイバ２を、間隔をおいて点在された複数の固定箇所２ａで検査対象物Ｂに固定し、隣り合う固定箇所２ａ，２ａの間にある光ファイバ２の歪計測区間Ｌの歪みを計測し、この歪みから検査対象物Ｂのひび割れを検知するひび割れ検知装置において、光ファイバ２は、空間Ｅ内に充填材料を充填させることで形成された検査対象物Ｂ内に埋設されており、光ファイバ２の歪計測区間Ｌの部分２ｂには、検査対象物Ｂと縁を切るための外被部材５が外被されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばコンクリート等からなる検査対象物のひび割れを光ファイバを使って検知するひび割れ検知装置およびその設置方法に関する。

光ファイバセンシング技術の一つとして、光ファイバの端部から光パルスを入射したときに発生するブリルアン散乱光を分析することで光ファイバの歪みを計測するＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）方式がある。このＢＯＴＤＲ方式は、ブリルアン散乱光の周波数分布が光ファイバの歪み量に比例してシフトする性質を利用したものであり、ブリルアン散乱光の周波数の変化量から光ファイバの任意の箇所の歪みを計測するものである。

上記したＢＯＴＤＲ方式の光ファイバセンシング技術を用いれば、例えばコンクリートのひび割れを検知することが可能であり、従来、ＢＯＴＤＲ方式の光ファイバセンシング技術を用いたひび割れ検知装置が提案されている。このひび割れ検知装置の概略構成は、例えばトンネルのコンクリート覆工の内周面に沿って光ファイバを延在させるとともに、この光ファイバに複数の固定冶具を所定の間隔をあけて取り付けてコンクリート覆工に固定し、さらに、光ファイバの端部に歪分布計測器を接続した構成からなる。そして、光ファイバの端部から光パルスを入射させるとともに歪分布計測器でブリルアン散乱光を受光し、受光されたブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定し、この周波数シフト量から光ファイバの固定箇所間の歪み量を求め、光ファイバの歪み分布を把握する。覆工にひび割れが発生すると、光ファイバに歪みが生じるため、光ファイバの歪み分布から覆工のひび割れの位置、大きさを検知することができる（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開２０００−１１１３３９号公報 特開２００１−６６１１７号公報

しかしながら、上記した従来のひび割れ検知装置では、検査対象物の表面に光ファイバを離散的に固定させる必要があるため、光ファイバを検査対象物の表面に設置できない場合、例えばライニングの裏に充填される裏込めコンクリート等のひび割れを検知することはできないという問題が存在する。また、仮に、上記した光ファイバをそのまま裏込めコンクリート内に埋設させると、光ファイバ全体が固定された状態となり、ひび割れ近傍にのみ局所的に歪みが集中し、これによって、ひび割れ検知精度が低下する問題がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、光ファイバを検査対象物の表面に設置することなく、検査対象物に埋設させた状態で、検査対象物のひび割れを精度良く検知することができるひび割れ検知装置およびその設置方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、光ファイバを、間隔をおいて点在された複数の固定箇所で検査対象物に固定し、隣り合う前記固定箇所の間にある前記光ファイバの歪計測区間の歪みを計測し、該歪みから前記検査対象物のひび割れを検知するひび割れ検知装置において、前記光ファイバは、前記検査対象物内に埋設されており、前記光ファイバの前記歪計測区間の部分には、前記検査対象物と縁を切るための外被部材が外被されていることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、光ファイバを、間隔をおいて点在された複数の固定箇所で検査対象物に固定し、隣り合う前記固定箇所の間にある前記光ファイバの歪計測区間の歪みを計測し、該歪みから前記検査対象物のひび割れを検知するひび割れ検知装置の設置方法において、前記検査対象物を形成する空間内に、前記光ファイバを設置するとともに、前記光ファイバの前記歪計測区間の部分に、前記検査対象物と縁を切るための外被部材を外被させ、その後、前記空間内に充填材料を充填して前記検査対象物を形成することを特徴としている。

このような特徴により、検査対象物内に埋設された光ファイバの歪計測区間の部分は、外被部材によって検査対象物と縁が切られた状態になるため、検査対象物にひび割れが生じたとき、そのひび割れ近傍にある光ファイバの歪計測区間の部分に均等に歪みが生じ、ひび割れによる歪み分布の変化が確実に計測される。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のひび割れ検知装置の設置方法において、前記外被部材は、複数の割スリーブが組み合わされて筒状に形成されたものであり、該複数の割スリーブの間に前記光ファイバを挟んだ状態で前記割スリーブを組み合わせることで、前記光ファイバに前記外被部材を外被させることを特徴としている。

このような特徴により、光ファイバの歪計測区間の部分に外被部材を外装させる作業が簡単になる。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のひび割れ検知装置の設置方法において、前記光ファイバを前記空間内に設置する際、前記光ファイバの前記固定箇所を支持部材によって仮支持することを特徴としている。

このような特徴により、光ファイバを固定する検査対象物が所定の空間内に形成される前に、その空間内に配置された光ファイバ２が、所定位置に保持される。

本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法によれば、検査対象物にひび割れが生じたとき、そのひび割れ部分に対応する光ファイバの固定箇所区間の全体に歪みが生じ、ひび割れによる歪み分布の変化が確実に計測されるため、検査対象物に光ファイバを埋設させた状態で、検査対象物のひび割れを精度良く検知することができる。

また、組み合わされると筒状に形成される複数の割スリーブからなる外被部材を用いることで、光ファイバの歪計測区間の部分に外被部材を外装させる作業が簡単になるため、ひび割れ検知装置の設置にかかる手間を軽減することができる。

また、検査対象物が形成される空間内に光ファイバを設置する際、支持部材によって光ファイバの固定箇所を仮支持することで、光ファイバが空間内の所定位置に保持され、光ファイバを検査対象物内の所定位置に確実に配置させることができる。

以下、本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は液化天然ガス（ＬＮＧ）等の高圧ガスを貯蔵する地下岩盤貯蔵施設の貯槽Ａを表した断面図であり、図２は貯槽Ａの壁部の拡大断面図である。図１，図２に示すように、ひび割れ検知装置１は、地下岩盤貯蔵施設の貯槽Ａを構成する裏込めコンクリート体Ｂのひび割れを検知する装置である。
裏込めコンクリート体Ｂは、岩盤Ｇ内に形成された空洞の岩盤壁面Ｃとその岩盤壁面Ｃに沿って設置されたライニング材Ｄとの間の空間Ｅにコンクリートを充填して形成されたコンクリート体である。

ひび割れ検知装置１は、裏込めコンクリートＢ内の中央部分に埋設されているとともに貯槽Ａの外周全体を網羅するように配設された光ファイバ２と、光ファイバ２の歪分布を計測する歪分布計測装置３と、歪分布計測装置３で計測された歪分布に基いて裏込めコンクリートＢに発生したひび割れの位置や大きさ等を算出する処理装置４とから構成されている。なお、歪分布計測装置３と処理装置４とが一体になった装置を使用してもよい。

光ファイバ２には、裏込めコンクリート体Ｂに直接埋め込まれて裏込めコンクリート体Ｂに固定された複数の固定箇所２ａ…を有しており、これら複数の固定箇所２ａ…は、一定間隔をあけて離散的に点在されている。また、光ファイバ２の隣り合う固定箇所２ａ，２ａの間は、歪分布計測装置３により歪分布が計測される歪計測区間Ｌとなっており、光ファイバ２の歪計測区間Ｌの部分（以下、歪計測部２ｂと記す。）には、スリーブ５（外被部材）が外被されている。このスリーブ５により、光ファイバ２の歪計測部２ｂは、裏込めコンクリート体Ｂと縁が切られて裏込めコンクリート体Ｂに付着されていない状態になっている。また、光ファイバ２の各歪計測部２ｂ…には、スリーブ５…がそれぞれ外被されており、所定の間隔をおいて一列に並べられた複数のスリーブ５…の中に光ファイバ２が挿通された状態になっている。

図３はスリーブ５を表した分解斜視図である。図３に示すように、スリーブ５は、一対の半割状（断面形状半円弧状）の割スリーブ６，７を組み合わせることで筒状に形成されたものであり、一対の割スリーブ６，７の間に光ファイバ２を挟んだ状態で一対の割スリーブ６，７同士を組み合わせることで、光ファイバ２の歪計測部２ｂにスリーブ５が装着される。また、スリーブ５の内径は光ファイバ２の径よりも大きく、光ファイバ２（歪計測部２ｂ）の外周面とスリーブ５の内周面との間には隙間があけられており、光ファイバ２の歪計測部２ｂはスリーブ５に固定されることなく自在に歪みが生じる状態になっている。なお、一対の割スリーブ６，７は、互いにの接合面同士が接着接合されることで組み合せ状態が維持されていてもよく、或いは、一対の割スリーブ６，７の一方に図示せぬ係止部が設けられているとともに他方に図示せぬ被係止部が設けられ、一方の割スリーブ６，７に形成された係止部が、他方の割スリーブ７，６に形成された被係止部に係止することで組み合せ状態が維持されていてもよく、或いは、例えば結束バンド等の図示せぬ結束部材によって組み合わされた一対の割スリーブ６，７同士が離れないようにしてもよい。

また、歪計測区間Ｌの両端には、光ファイバ２（歪計測部２ｂ）の外周面とスリーブ５の内周面との間に介在されて裏込めコンクリート体Ｂのコンクリートがスリーブ５内へ浸入するのを防ぐシール材８，８がそれぞれ設けられている。シール材８，８は、一対の半割状（断面形状半円弧状）のシール部材９，１０を組み合わせることで、光ファイバ２が挿通される筒状に形成されるものである。シール部材９，１０は、一対の割スリーブ６，７の両端部にそれぞれ嵌合されており、一対の割スリーブ６，７が組み合わされることで、一対のシール部材９，１０同士が組み合わされ、光ファイバ２の歪計測部２ｂの端部外周面に密着される。なお、筒状に形成されたスリーブ５の端面からシーリング材を注入することで、歪計測区間Ｌの両端にシール材を設けてもよい。

図２に示すように、岩盤壁面Ｃとライニング材Ｄとの間の空間Ｅに配設された光ファイバ２は、岩盤壁面Ｃに打ち込まれた複数の支持棒１１…（支持部材）によって各固定箇所２ａ…が支持されている。支持棒１１…は、光ファイバ２を空間Ｅ内の所定位置で保持するものであり、具体的には、光ファイバ２が岩盤壁面Ｃやライニング材Ｄの裏面との間に所定の間隔をあけた状態で岩盤壁面Ｃやライニング材Ｄの裏面に沿って延在するように、光ファイバ２を保持するものである。支持棒１１は、基端が岩盤Ｇ内に定着され、先端が光ファイバ２の固定箇所２ａに係止された棒状の部材であり、例えば、先端部がフック状に形成され、その先端部で光ファイバ２の固定箇所２ａを掛止するものや、先端部に把持機構が付設され、その把持機構で光ファイバ２の固定箇所２ａを把持するものなどである。

一方、図１に示すように、歪分布計測装置３は、図２に示す光ファイバ２の歪計測区間Ｌ（歪計測部２ｂ）の歪分布を常時継続して計測する装置であり、貯槽Ａの外部（例えば、貯槽Ａの上部に形成された頂部トンネル内）に設置されているとともに光ファイバ２の端部に接続されている。また、処理装置４は、歪分布計測装置３で計測された歪分布の変化から、裏込めコンクリート体Ｂのひび割れを検知する装置であり、貯槽Ａの外部（例えば、貯槽Ａの上部に形成された頂部トンネル内）に設置されているとともに歪分布計測装置３に接続されている

次に、上記した構成からなるひび割れ検知装置１の設置方法について説明する。

まず、岩盤Ｇ内に形成された空洞の岩盤壁面Ｃに複数の支持棒１１…を打ち込む工程を行う。このとき、後で配設される光ファイバ２の固定箇所２ａに対向する位置に、支持棒１１…を打ち込むとともに、光ファイバ２の固定箇所２ａ…を係止する支持棒１１…の先端部が空間Ｅの中央位置にくるように、支持棒１１…を打ち込む。

次に、裏込めコンクリート体Ｂを形成する空間Ｅ内に、光ファイバ２を設置するとともに、光ファイバ２の各歪計測部２ｂ…にスリーブ５…をそれぞれ外被させる工程を行う。具体的には、光ファイバ２の各固定箇所２ａ…を支持棒１１…の先端部にそれぞれ係止させて光ファイバ２を仮支持させる。また、スリーブ５は、光ファイバ２の歪計測部２ｂを間に挟んだ状態で、一対の割スリーブ６，７を組み合わせて合体させることで、光ファイバ２の歪計測部２ｂに外被させる。このとき、割スリーブ６，７の両端に予め半割状のシール部材９，１０をそれぞれ嵌合させておき、一対の割スリーブ６，７を組み合わせることで、スリーブ５の両端にシール材８，８を形成する。
また、貯槽Ａの外部に歪分布計測装置３および処理装置４をそれぞれ設置するとともに、歪分布計測装置３に光ファイバ２の端部を接続し、歪分布計測装置３に処理装置４を接続する。

次に、岩盤壁面Ｃに対向させてライニング材Ｄを設置し、その後、そのライニング材Ｄと岩盤壁面Ｃとの間の空間Ｅにコンクリートを打設して、裏込めコンクリート体Ｂを形成する。
以上の工程により、上記した構成からなるひび割れ検知装置１が設置される。

上記した構成からなるひび割れ検知装置１によれば、歪分布計測装置３で常時継続して光ファイバ２の歪分布を計測している。そして、裏込めコンクリート体Ｂにひび割れが発生すると、歪分布計測装置３で計測される歪分布に変化が生じ、処理装置４が、その歪分布の変化に関する情報に基いてひび割れの位置、大きさ等を算出する。これによって、裏込めコンクリート体Ｂに発生するひび割れを検知することができる。

また、上記した構成からなるひび割れ検知装置１によれば、光ファイバ２を検査対象物である裏込めコンクリート体Ｂの表面に設置せず、裏込めコンクリート体Ｂの中に埋設しているため、ライニング材Ｄの裏側に充填された裏込めコンクリート体Ｂのひび割れを検知することができる。

また、上記した構成からなるひび割れ検知装置１およびその設置方法によれば、裏込めコンクリート体Ｂ内に埋設された光ファイバ２の歪計測部２ｂは、スリーブ５によって裏込めコンクリート体Ｂと縁が切られた状態になっているため、裏込めコンクリート体Ｂにひび割れが発生したとき、そのひび割れ近傍にある歪計測部２ｂの歪計測部２ｂに均等に歪が生じる。これによって、ひび割れによる歪み分布の変化を確実に計測することができ、裏込めコンクリート体Ｂに光ファイバ２を埋設させた状態で、裏込めコンクリート体Ｂのひび割れを精度良く検知することができる。

ここで、上記したひび割れ検知装置１の効果を確認するための試験内容とその結果について説明する。

図４は試験内容を表した模式図である。図４に示すように、本試験では、検査対象物としてコンクリート体Ｂ´を使用し、このコンクリート体Ｂ´の内部に、外被部材１０５が外被された光ファイバ１０２ａと、外被部材が装着されてなく直接埋設された光ファイバ１０２ｂとをそれぞれ埋設させた。そして、コンクリート体Ｂ´に引張力を作用させてひび割れＸを発生させるとともに、双方の光ファイバ１０２ａ，１０２ｂの歪分布を図示せぬ歪分布計測装置でそれぞれ計測した。また、本試験では、幅ｄ１のひび割れを発生させた場合と、幅ｄ２（ｄ１＜ｄ２）のひび割れを発生させた場合についてそれぞれ行った。

図５は試験結果を表したグラフである。なお、図５に示すグラフにおいて、横軸は、ひび割れの発生位置を０としたコンクリート体Ｂ´の長手方向の位置を示しており、縦軸は、ひび割れ発生前の状態を０とした光ファイバ１０２ａ，１０２ｂの歪量を示している。図５に示すように、外被部材が装着されていない光ファイバ１０２ｂで計測された歪分布は、歪が殆ど検知できない状態になっている。これに対して、外被部材１０５が外被された光ファイバ１０２ａで計測された歪分布は、ひび割れ位置を中心にして大きく歪が生じている。この試験結果によれば、光ファイバ１０２ａに外被部材１０５を外被させることで、局所歪が測定区間において均等分布され、ひび割れの検知精度が向上することが分かる。一方、光ファイバ１０２ｂに外被部材が外被されてなく、コンクリート体Ｂ´に直接埋設されていると、ひび割れ箇所近傍にのみ局所的に歪が集中し、ひび割れの検知精度が低下することが分かる。

また、上記した構成からなるひび割れ検知装置１によれば、組み合わされると筒状に形成される一対の割スリーブ６，７からなるスリーブ５を用いることで、光ファイバ２の歪計測部２ｂにスリーブ５を外装させる作業が簡単になるため、ひび割れ検知装置１の設置にかかる手間を軽減することができる。

また、上記した構成からなるひび割れ検知装置１によれば、裏込めコンクリート体Ｂが形成される空間Ｅ内に光ファイバ２を設置する際、支持棒１１によって光ファイバの固定箇所２ａを仮支持することで、光ファイバ２が空間Ｅ内の所定位置に保持され、光ファイバ２を裏込めコンクリート体Ｂ内の所定位置に確実に配置させることができる。

以上、本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、光ファイバ２が地下岩盤貯蔵施設の貯槽Ａを構成する裏込めコンクリート体Ｂに埋設されており、この裏込めコンクリート体Ｂのひび割れを検知するひび割れ検知装置１について説明しているが、本発明は、光ファイバが、例えばトンネルの覆工の裏側に充填される裏込めコンクリート体内に埋設され、ひび割れ検知装置がトンネル覆工の裏込めコンクリートのひび割れを検知する装置であってもよく、或いは、コンクリートセグメント等のコンクリート造の製品、柱や壁、梁等の構造体、その他の地下もしくは地上、海上、海中に在る検査対象物のひび割れを検知するものでもよい。

また、上記した実施の形態では、コンクリートからなる充填材料を空間Ｅ内に充填して検査対象物の裏込めコンクリート体Ｂを形成しているが、本発明では、モルタルやソイルセメント等からなる充填材料を所定の空間内に充填することで、検査対象物を形成してもよい。

また、上記した実施の形態では、光ファイバ２の歪計測部２ｂと裏込めコンクリート体Ｂとの縁を切るための外被部材として、半割状の割スリーブ６，７が使用されているが、本発明は、外被部材として、３つ以上に分割された割スリーブを使用してもよく、或いは、可撓性のある材料で形成されているとともに軸線方向に延在するスリットが形成された断面Ｃ形のスリーブを使用してもよい。さらに、本発明に係る外被部材は、筒状の部材に限らず、例えば、スポンジ状の緩衝材を光ファイバの歪計測部（歪計測区間の部分）に巻き付けても良い。

また、上記した実施の形態では、支持部材として岩盤壁面Ｃに打ち込まれる支持棒１１を使用しているが、本発明は、ライニング材に支持部材が突設されていてもよく、或いは、支持部材が両側の壁面の間に架設されていてもよく、或いは、検査対象物内に埋設された部材に支持部材が固定されていてもよい。

本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法の実施の形態を説明するための全体図である。 本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法の実施の形態を説明するための拡大断面図である。 本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法の実施の形態を説明するための外被部材を表した斜視図である。 本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法の効果を確認するための試験内容を表した模式図である。 本発明に係るひび割れ検知装置およびその設置方法の効果を確認するための試験結果を表したグラフである。

符号の説明

２ 光ファイバ
Ｂ 裏込めコンクリート体（検査対象物）
２ａ 固定箇所
Ｌ 歪計測区間
２ｂ 歪計測部（歪計測区間の部分）
１ ひび割れ検知装置
Ｅ 空間
５ スリーブ（外被部材）
６，７ 割スリーブ
１１ 支持棒（支持部材）

Claims (4)

1. 光ファイバを、間隔をおいて点在された複数の固定箇所で検査対象物に固定し、隣り合う前記固定箇所の間にある前記光ファイバの歪計測区間の歪みを計測し、該歪みから前記検査対象物のひび割れを検知するひび割れ検知装置において、
   前記光ファイバは、前記検査対象物内に埋設されており、前記光ファイバの前記歪計測区間の部分には、前記検査対象物と縁を切るための外被部材が外被されていることを特徴とするひび割れ検知装置。
2. 光ファイバを、間隔をおいて点在された複数の固定箇所で検査対象物に固定し、隣り合う前記固定箇所の間にある前記光ファイバの歪計測区間の歪みを計測し、該歪みから前記検査対象物のひび割れを検知するひび割れ検知装置の設置方法において、
   前記検査対象物を形成する空間内に、前記光ファイバを設置するとともに、前記光ファイバの前記歪計測区間の部分に、前記検査対象物と縁を切るための外被部材を外被させ、
   その後、前記空間内に充填材料を充填して前記検査対象物を形成することを特徴とするひび割れ検知装置の設置方法。
3. 請求項２記載のひび割れ検知装置の設置方法において、
   前記外被部材は、複数の割スリーブが組み合わされて筒状に形成されたものであり、
   該複数の割スリーブの間に前記光ファイバを挟んだ状態で前記割スリーブを組み合わせることで、前記光ファイバに前記外被部材を外被させることを特徴とするひび割れ検知装置の設置方法。
4. 請求項２または３記載のひび割れ検知装置の設置方法において、
   前記光ファイバを前記空間内に設置する際、前記光ファイバの前記固定箇所を支持部材によって仮支持することを特徴とするひび割れ検知装置の設置方法。

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